DD259715A1 - METHOD FOR PRODUCING VERGRABED HYDROGENIZED AMORPHIDE LAYERS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von vergrabenen, durch Implantationsmasken auch lateral strukturierbaren hydrogenisierten amorphen Schichten mit unterschiedlicher Tiefe und Breite in Si, AIII BV-Verbindungen und anderen Halbleitern. Diese Schichten werden zur Umwandlung von Licht in elektrische Energie (Solarzellen), fuer Speicherschaltkreise, in der Elektrophotographie, zur Ansteuerung von Fluessigkristallanzeigen, als Photodioden und zur Bildaufnahme eingesetzt. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass mittels einer ersten Implantation Schwerionen zur Erzeugung einer vergrabenen amorphen Schicht benutzt werden und sich daran eine Protonenimplantation zur Hydrogenisierung anschliesst.The invention relates to a method for producing buried, by implantation masks laterally structurable hydrogenated amorphous layers with different depth and width in Si, AIII BV compounds and other semiconductors. These layers are used to convert light into electrical energy (solar cells), for storage circuits, in electrophotography, for the control of liquid crystal displays, as photodiodes and for image acquisition. The essence of the invention is that by means of a first implantation heavy ions are used to produce a buried amorphous layer and followed by a proton implantation for hydrogenation.
Description
Hierzu'I.Seite ZeichnungenFor this purpose, see the page drawings
Hydrogenisierte amorphe Schichten werden zur Umwandlung von Licht in elektrische Energie (Solarzellen), für integrierte Speicherschaltkreise, in der Elektrophotographie, zur Ansteuerung von Flüssigkristallanzeigen, als Photodioden und zur Bildaufnahme (Vidikonbauelemente) eingesetzt.Hydrogenated amorphous layers are used to convert light into electrical energy (solar cells), for integrated memory circuits, in electrophotography, for the control of liquid crystal displays, as photodiodes and for image acquisition (vidicon components).
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem vergrabene, durch Implantationsmasken auch lateral strukturierbare hydrogenisierte amorphe Schichten mit unterschiedlicher Tiefe und Breite hergestellt werden können, die die oben genannten Einsatzgebiete in der Mikro- und Optoelektronik derart erweitern, daß sowohl die gegenüber dem einkristallinen Material unterschiedlichen elektrischen (Leitfähigkeit, Trapdichte) als auch optischen Eigenschaften (Absorptionskoeffizient) neue Anwendungsmöglichkeiten wie vergrabene elektrische Leitbahnen, Speicher und Ansteuerelemente in diskreten und integrierten Bauelementen sowie auch optische Leitkanäle (Wellenleiter) in integrierten optoelektronischen Bauelementen erschließen. Auch eine Erweiterung der spektralen Empfindlichkeit von Solarzellen und somit eine Erhöhung ihrer Effizienz muß als Anwendungsgebiet genannt werden.The invention relates to a method by which buried, by implantation masks and laterally structurable hydrogenated amorphous layers can be produced with different depth and width, which extend the above applications in micro- and optoelectronics such that both compared to the monocrystalline material different electrical (Conductivity, trap density) and optical properties (absorption coefficient) new applications such as buried electrical interconnects, memory and control elements in discrete and integrated components as well as optical guide channels (waveguide) in integrated optoelectronic devices. An extension of the spectral sensitivity of solar cells and thus an increase in their efficiency must also be mentioned as a field of application.
Hydrogenisierte amorphe Schichten werden vorzugsweise in oder aus Si durch einen geeigneten Wachstumsprozeß hergestellt, bei dem eine Synthese von Si und atomarem Wasserstoff, plasmagestützte Prozesse, laseraktivierte CVD-Prozesse, Silanglowentladungen, mikrowellenassistiertes Plasma, MOCVD-Verfahren, aktivierte Verdampfungen und elektronenstoßgestützte Aufdampfprozesse ausgenutzt werden. (G.Winterling: „Amorphes Silizium [a-Si]"·,· Physik in unserer Zeit 16, 50 [1985]; „Properties of amorphous silicon", INSPEC, EMIS DATAREWIEWS Series No. 1, The Institute of Electronics Enginers 1985).Hydrogenated amorphous layers are preferably prepared in or from Si by a suitable growth process that exploits synthesis of Si and atomic hydrogen, plasma enhanced processes, laser activated CVD processes, silane discharge, microwave assisted plasma, MOCVD processes, activated vaporization, and electron impact enhanced vapor deposition processes. (G.Winterling: "Amorphous Silicon [a-Si]" ·, Physics in our Time 16, 50 [1985]; "Properties of amorphous silicon", INSPEC, EMIS DATAREWIEWS Series No. 1, The Institute of Electronics Enginers 1985 ).
Auch die Erzeugung amorpher Schichten durch Ionenimplantation ist bekannt, jedoch werden unter Raumtemperaturbedingungen bei Protonenbeschuß in Silizium nur bei sehr hohen Dosiswerten und in AmBy-Verbindungen kaum hydrogenisierte amorphe Schichten erzeugt.Also, the generation of amorphous layers by ion implantation is known, but hardly hydrogenated amorphous layers are produced under proton bombardment in silicon under room temperature conditions only at very high dose levels and in AmBy compounds.
Gegenüber dem hohen Stand der Erzeugung hydrogenisierter amorpher Siliziumschichten wird die Herstellung von amorphen, hydrogenisierten Schichten in Ill-V-Verbindungen noch nicht so gut beherrscht, obwohl auch in GaAs und teilweise schon in GaP wasserstoffverbundene Aufampftechniken, einschließlich des Sputterns, Glowentladungen in CVD-Prozessen und plasmaunterstützte chemische Transportprozesse teilweise schon genutzt werden.Compared to the high level of production of hydrogenated amorphous silicon layers, the production of amorphous, hydrogenated layers in III-V compounds is not well controlled, although in GaAs and partially already in GaP hydrogen-bonded Aufampftechniken, including sputtering, Glowentladungen in CVD processes and plasma-assisted chemical transport processes are already partially used.
Zur Erzeugung vergrabener amorphe^, hydrogenisierter Schichten gibt es noch kein reproduzierbares Verfahren mit einfacher technologischer Prozeßführung, obwohl man teilweise rekristallisierte Schichten auf amorphen Zonen durch eine nichtkonventionelle Ausheilung erzeugen kann, was jedoch die Hydrogenisierung stark beeinflußt und durch lateral schwer definierbare Wachstumsgrenzen gekennzeichnet ist.For the generation of buried amorphous, hydrogenated layers, there is still no reproducible process with simple technological process control, although partially recrystallized layers on amorphous zones can be produced by a non-conventional annealing, which, however, strongly influences the hydrogenation and is characterized by laterally difficult to define growth limits.
Weitere Literaturquellen zu dieser Darstellung sind:Further sources of literature for this presentation are:
Proc. Ninth Int. Conf. on „Amorphous and Liquid Semiconductros", Ed. B.K.Chakraverty and D. Kaplan, Journ. de Physique 42Proc. Ninth Int. Conf. on "Amorphous and Liquid Semiconductors," Ed. B.K. Chakraverty and D. Kaplan, Journ. de Physique 42
(1981) Colloq. C-4, Suppl. Nr. 10 (1981)(1981) Colloq. C-4, Suppl. No. 10 (1981)
Proc. Eleventh Int. Conf. on „Amorphous and Liquid Semicondustors", Ed. F. Evangelisti and J. Stuke, Journ. Non-Cryst. SolidsProc. Eleventh Int. Conf. on "Amorphous and Liquid Semicondustors," Ed. F. Evangelisti and J. Stuke, Journ. Non-Cryst
Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines reproduzierbaren Verfahrens mit einfacher technologischer Prozeßführung, das insbesondere auch bei AmBy-Verbindungen eine kostengünstige Herstellung'von vergrabenen hydrogenisierten amorphen Schichten ermöglicht.The object of the invention is to provide a reproducible process with simple technological process control, which allows, in particular for AmBy compounds, a cost-effective production of buried hydrogenated amorphous layers.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von vergrabenen hydrogenisierten amorphen Schichten in Si, A|||BV-Verbindungen und anderen Halbleitern so zu gestalten, daß die gezielte Herstellung hinsichtlich Tiefe und Profilbreite möglich ist und hierbei auch durch die Verwendung von Implantationsmasken eine laterale Feinstrukturierung in der Tiefe erzeugt werden kann. Dabei sollen unerwünschte Hydrogenisierungseffekte und Komplexbildung mit elektrischem Charakter vermieden werden.The object of the invention is to design a method for the preparation of hydrogenated amorphous buried layers in Si, A ||| B V compounds, and other semiconductors, so that the targeted production regards depth and profile width is possible and also be substituted by the use of Implantation masks can be used to create a lateral fine structure in the depth. It should be avoided unwanted hydrogenation effects and complex formation with an electrical character.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in dem Material in einer ersten Implantation mittels Schwerionen eine vergrabene amorphe Schicht erzeugt wird. Dies erfolgt vorzugsweise mit Edelgasionen bzw. mit Ionen, aus denen das Targetmaterial besteht, mit einer Dosis von vorzugsweise D S^ 1013crrT2. Daran schließt sich eine Protonenimplantation mit ,gleicher projizierter Reichweite zur Hydrogenisierung im Schadenprofil an. Die Dosis beträgt vorzugsweise D > 1016cm~2. In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist es günstig, die Implantationstemperatur zwischen 300 K und 700 K einzustellen. Mit steigender Implantationstemperatur erhöht sich die zur Amorphisierung notwendige lonendosis (dieser Unterschied beträgt bei der Erhöhung der Implantationstemperatur von 300 K auf 700 K einen Faktor von ca. 5). Die zum Erreichen eines bestimmten Hydrogenisierungsgrades erforderliche Protonendosis ist nahezu temperaturunabhängig, da sich bei Temperaturen unterhalb 700K das Tiefenprofil des implantierten Wasserstoffs nur schwach temperaturabhängig verändert.According to the invention, the object is achieved in that a buried amorphous layer is produced in the material in a first implantation by means of heavy ions. This is preferably done with noble gas ions or with ions that make up the target material, with a dose of preferably DS ^ 10 13 crrT 2 . This is followed by a proton implantation with the same projected range for hydrogenation in the damage profile. The dose is preferably D> 10 16 cm ~ 2 only. In a further embodiment of the method, it is favorable to set the implantation temperature between 300 K and 700 K. As the implantation temperature increases, the ion dose required for amorphization increases (this difference is a factor of approximately 5 when the implantation temperature is increased from 300 K to 700 K). The required to achieve a certain degree of hydrogenation proton dose is almost independent of temperature, since at temperatures below 700K, the depth profile of the implanted hydrogen changes only weakly dependent on temperature.
Die hydrogenisierte amorphe Schicht wird unter einer nahezu perfekten Oberflächenschicht erzeugt, indem der Beschüß mit schwereren Ionen und Protonen vorzugsweise parallel zur Gitterrichtung erfolgt, wodurch gegenüber dem Beschüß in „zufälliger" Richtung der Schädigungsgrad des schwächer geschädigten oberflächennahen Bereichs (geringer als 10%) um ca. eine Größenordnung gesenkt wird (unter 1 %).The hydrogenated amorphous layer is produced under a nearly perfect surface layer by bombarding heavier ions and protons, preferably parallel to the lattice direction, whereby the degree of damage of the weaker damaged near - surface (less than 10%) is reduced by approx an order of magnitude is reduced (below 1%).
Durch den Einschuß in Gitterrichtungen wird die „vergrabene" hydrogenisierte amorphe Schicht gegenüber dem Beschüß in „zufälliger" Richtung in einer um ca. 50% größeren Tiefe erzeugt. Infolge der damit einhergehenden Profil verbreitung verdoppelt sich die notwendige lonendosis nahezu.As a result of the injection into grid directions, the "buried" hydrogenated amorphous layer is generated in a "random" direction with respect to the bombardment in an approximately 50% greater depth. As a result of the associated profile spread, the required ion dose almost doubles.
Der Schädigungsgrad der schwächer geschädigten oberflächennahen Schicht wird durch Temperung bei Tan ~ 700K stark reduziert (um einen Faktor von ca. 3 bei der Ausheilung bei 700K gegenüber der Implantation bei 300K). Dabei bleibt die „vergrabene" hydrogenisierte amorphe Schicht weitgehend erhalten.The degree of damage of the less damaged near-surface layer is formed by annealing at T ~ 700K at greatly reduced (by a factor of about 3 in the annealing at 700K with respect to the implantation at 300K). The "buried" hydrogenated amorphous layer remains largely intact.
Die Tiefe und Breite der vergrabenen hydrogenisierten amorphen Schicht ist über die Wahl der Ionenenergie und der Dosis steuerbar. Hierbei ist es zur Erzeugung relativ dicker Schichten vorteilhaft, die Schicht durch Implantation mit kontinuierlicher Energieverteilung in einem bestimmten Energieintervall zu realisieren.The depth and width of the buried hydrogenated amorphous layer is controllable by the choice of ion energy and dose. In this case, it is advantageous for producing relatively thick layers to realize the layer by implantation with a continuous energy distribution in a specific energy interval.
Der Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß durch die Wahl der Energie und der Einschußrichtung die Tiefe und Profilbreite der vergrabenen hydrogenisierten amorphen Schicht weitgehend gesteuert werden können und daß durch Implantationsmasken, die Planarcharakter haben oder Metallmasken sein können, eine laterale Feinstrukturierung in der Tiefe möglich ist. Vorzugsweise sollten zur Amorphisierung elektrisch im Kristall inaktive Ionen (Edelgasionen) oder Eigenionen (Ionen einer Targetkomponente oder gleiche Ionen wie das Targetmaterial (verwendet werden, um unerwünschte Hydrogenisierungseffekte und Komplexbildungen mit elektrischem Charakter auszuschließenThe advantage of the method is that the depth and profile width of the buried hydrogenated amorphous layer can be largely controlled by the choice of energy and the Einschußrichtung and that implantation masks, which have archaeal character or may be metal masks, a lateral fine structuring in depth is possible , Preferably, in order to amorphize electrically in the crystal inactive ions (noble gas ions) or ionic ions (ions of a target component or like ions such as the target material (used to exclude unwanted hydrogenation effects and complexing with electrical character)
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. The invention will be explained below using an exemplary embodiment.
Ausführungsbeispiel -Exemplary embodiment
Durch eine Schwerionenimplantation in GaP, die mit Ar+-Ionen einer Energie von 24 MeV und einer Dosis von D = 5 x 1015cm~2 bei 300 K unter einem Einschußwinkel von 30° zur Oberfläche erfolgte, wird in einer Tiefe von 2,3 bis 3,3 pm eine amorphe Schicht erzeugt (siehe Figur 1). Infolge des lonenbeschusses entsteht im Oberflächenbereich bis zu einer Tiefe von 0,5 pm eine Defektkonzentration, die gegenüber der im Strahlenschädensmaximum bei etwa 2,8/xm unter 10% liegt und sich vorwiegend aus leicht ausheilbaren Punktdefekten zusammensetzt.By a heavy ion implantation in GaP, the 2 was performed using Ar + ions with an energy of 24 MeV and a dose of D = 5 x 10 15 cm ~ at 300 K under a Einschußwinkel of 30 ° to the surface, at a depth of 2, 3 to 3.3 pm produces an amorphous layer (see FIG. 1). As a result of the bombardment of ions, a defect concentration in the surface region up to a depth of 0.5 μm, which is below about 10% at the radiation damage maximum of about 2.8 / .mu.m, and is composed mainly of easily healable point defects.
An diese Schwerionenimplantation schließt sich ein Protonenbeschuß bei einer Targettemperatur von ebenfalls 300 K an, wobei die Protonenenergie der projizierten Reichweite von 2,8pm (0,35MeV) angepaßt und eine Dosis von D = 3 x 10r7cm"2 gewählt wird. Die vergrabene Schicht hat amorphen Charakter und weist einen hohen Hydrogenisierungsgrad auf (Figur 2).This heavy ion implantation is followed by proton bombardment at a target temperature of 300 K, with the proton energy adjusted to the projected range of 2.8 m (0.35 MeV) and a dose of D = 3.times.10.sup.7 cm.sup.- 2 Layer has amorphous character and has a high degree of hydrogenation (Figure 2).
Der Einfluß der Temperung auf dieStrahlenschadenprofile und Wasserstoffverteilung wird ebenfalls in den Figuren 1 und 2 deutlich. Es ist ersichtlich, daß die Ausheilung bei 700 K zu einer starken Reduktion des Schädigungsgrades im oberflächennahen Bereich führt, während die starke Störung der vergrabenen Schicht weitgehend erhalten bleibt.The effect of annealing on the radiation damage profiles and hydrogen distribution also becomes clear in FIGS. 1 and 2. It can be seen that the annealing at 700 K leads to a strong reduction of the degree of damage in the near-surface region, while the strong disruption of the buried layer is largely retained.
Das mittels teilcheninduzierter γ-Spektroskopie detektierte Tiefenprofil der Wasserstoffverteilung bleibt im Temperaturbereich 300-700 K qualitativ erhalten und verändert sich quantitativ im Maximum um ca. 30%.The depth profile of the hydrogen distribution detected by means of particle-induced γ-spectroscopy remains qualitatively stable in the temperature range 300-700 K and changes quantitatively in the maximum by about 30%.
Abb. 1: Tiefenprofil der Strahlenschädigung von GaP, das mit 5 x 1015cm"224MeV-Ar++-lonen (α = 30°) bei 300K bestrahltFig. 1: Depth profile of the radiation damage of GaP irradiated with 5 x 10 15 cm " 2 24MeV Ar ++ ions (α = 30 °) at 300K
wurde (o) und bei 700 K ausgeheilt wurde (o)was (o) and was healed at 700 K (o)
Abb. 2: Tiefenprofil der Wasserstoffverteilung von GaP, das mit 3 x 1017Cm"2 0,3 MeV-Protonen (α = 90°) bei 300 K bestrahlt (ο) und bei 700 K (ο) ausgeheilt wurde.Fig. 2: Depth profile of the hydrogen distribution of GaP irradiated with 3 x 10 17 cm " 2 0.3 MeV protons (α = 90 °) at 300 K (ο) and annealed at 700 K (ο).
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5376560A (en) * | 1992-04-03 | 1994-12-27 | National Semiconductor Corporation | Method for forming isolated semiconductor structures |
US6365935B1 (en) * | 1996-01-26 | 2002-04-02 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | TFT having hydrogen containing buffer and substrate regions |
DE102015109661A1 (en) * | 2015-06-17 | 2016-12-22 | Infineon Technologies Ag | A method of forming a semiconductor device and semiconductor device |
-
1987
- 1987-04-10 DD DD30171887A patent/DD259715A1/en not_active IP Right Cessation
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Legal Events
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